基于ANSYS提取单相单向换能器耦合模参数

基于有限元理论,给出了基于ANSYS提取单相单向换能器（Single Phase Unidirectional Transducers,SPUDT）耦合模参数的方法。首先,结合声表面波在压电介质中的传播原理,给出了压电有限元分析方程和对应的ANSYS分析步骤。然后针对SPUDT结构,给出了周期性近似分析的理论模型,利用耦合场分析对其进行模态分析和谐响应分析,最后结合两者的结果来计算SPUDT的耦合模参数。本文给出基底材料为压电晶体128°YX-LiNbO₃和YZ-LiNbO₃,电极材料为铝的三种不同SPUDT的计算结果,理论结果与Hashimoto和Hartmann文献报道的结果相吻合,并且和实验测试的结果基本一致。从而给出了提取SPUDT耦合模参数的一种通用、有效的方法。     

利用锥型换能器的宽带低损耗声表面波滤波器设计

分析锥型换能器的基本原则是把换能器沿孔径方向划分成足够多的通道来进行近似,设计制作的关键是加权技术和数据处理技巧。由于SPUDT的特性,把EWC型的SPUDT引入到锥型换能器对制作宽带、低损耗器件是十分有用的;我们在Y128°LN基片上采用一般型和SPUDT型锥型换能器制作了相对带宽约15%的声表面波滤波器,一个换能器采用“块加权”,另一个换能器采用抽指加权。文中给出了两种器件的实验结果,SPUDT型声表面波滤波器的插损仅7.5dB。     

表面波电磁声换能器的设计

简要介绍了产生表面波的电磁声换能器（EMAT）的工作原理，设计，制作了收发分开的两种EMAT，并建立了实验测试系统、测量了信号和发射EMAT提离距离的关系曲线，研究了激励脉冲个数、接收线圈的匝数对换能器信号的影响等。     

声表面波延迟线控制的调频振荡器

本文对有关声表面波调频振荡器的基础和理论作了短评,给出了一个采用ST切石英的300兆赫声表面波调频振荡器在±200kHz左右范围内调频的实验结果.其特点是能将大的频率调制偏移与可能达到的较高的频率稳定性结合起来,同时减少了输出信号的谐波成分.它的性能介于LC和晶体振荡器之间.     

“声表面波信道化滤波器组件”通过鉴定

由中国科学院声学研究所承担的院“八五”军工项目“声表面波信道化滤波器组件”于1996年12月在北京通过了中国科学院组织的鉴定．在现代战争中，电子对抗是一个重要的方面军．电子侦察信道化接收机是所有电子对抗系统的关键．声表面波信道化滤波器组件是由多个声表面波滤波器加上匹配网络组合起来的，有一个输人端和多个输出端．输出信号按频率分路，是信道化接收机中实现信道化功能的关键部件．声学所承担院句＼五”军工项目．研制成频率范围分别为200－350MHZ和350一5O0MHZ两种15信道的声表面波滤波器组件．配套使用时复盖带宽达到300MHZ．在研制过程中，技术上有以下突破：（）采用YllZ”LITaO；基片     

声表面波梁式加速度传感器的优化设计

为获得传感器的优化设计,对一种声表面波梁式加速度传感器敏感机理进行了研究。从声波波动方程出发,结合有限元分析以及微扰理论对加速度作用力作用下声表面波传播特性进行分析,以此构建梁式声表面波加速度传感器敏感机理的理论模型,特别分析了压电梁材料及几何结构、振子质量对传感响应的贡献以确定传感器优化的几何参数。为验证理论分析结果,实验研制了基于ST-X石英悬臂梁结构的差分振荡式声表面波加速度传感器,并利用精密振动台对所研制传感器性能进行评价。实验结果显示,在给定加速度测试范围内,采用ST-X石英梁并延长梁长度、降低梁厚度以及采用较大的阵子质量将有效的改善传感器检测灵敏度,在±2 g范围内加速度灵敏度可达27 k Hz/g,且实验结果很好的验证了理论模型。     

抽指加权宽带扇形叉指声表面波滤波器的等效电路分析

扇形换能器可以看成若干个沿孔径方向划分的均匀孔径换能器电端并联而成，根据梅森(Mason)等效电路模型以及由其延伸的混合场等效电路模型，推导出整个扇形换能器的导纳矩阵和频率响应，其中采用复阻抗模型考虑了叉指电极与自由表面的阻抗不连续的因素。本方法能够模拟指间反射、三次行程、指条寄生阻抗以及外围电路等对器件性能的影响；理论模拟与实验结果吻合。     

谐振式检测器谐振腔对声表面波气相色谱仪灵敏度的影响

研究了谐振式检测器谐振腔对声表面波气相色谱仪灵敏度的影响。构建无液膜负载和有液膜负载下压电基片和金属指条结构的三维有限元模型,利用有限元方法提取不同周期结构的耦合模参量,结合P矩阵级联技术,推导出传感器灵敏度随检测器腔体结构改变的变化关系。实验制备了两种三换能器结构的声表面波谐振器,其输入换能器与输出换能器间距离分别为22.25倍波长和1.25倍波长,通过测试甲基膦酸二甲酯气体,验证理论计算结果。结果表明:缩短谐振器的谐振腔长度使器件中心处能量更为集中,有效地提高了声表面波气相色谱仪灵敏度。     

基于声表面波的氢气传感器*

将钯基材料对氢气分子的特异选择性吸附能力与声表面波的快速响应特点相结合,可实现一种快速、高灵敏和低功耗的氢气检测与报警技术。传感器由双通道差分式振荡器与沉积在传感器件表面的声表面波传播路径上的钯基气敏薄膜组成。为提升传感器响应速度,该文探讨了采用钯镍合金薄膜与钯铜纳米线作为气敏材料的氢气传感器响应特性,通过对气敏材料制备方法及参数的优化,研制了两种沉积不同钯基气敏材料的氢气传感器件,并对其性能进行了评测。实验测试结果表明:钯铜纳米线气敏材料由于具有大体积表面积比和多孔结构,大幅提高了SAW氢气传感器响应速度,针对浓度为10%、4%以及0.5%的氢气响应时间可达～2s。     

一种高灵敏度的桥型声表面波应变传感器

为了提高声表面波传感器应变灵敏度,该文提出了一种桥型声表面波应变传感器.首先根据受压弯曲构件中应变分布特点设计了桥型声表面波应变传感器,并建立有限元模型,结合微扰法分析了桥型结构几何参数与声表面波应变传感器灵敏度的关系.根据分析结果确定桥型声表面波应变传感器几何结构参数,并与传统声表面波应变传感器的应变灵敏度进行了对比...     

Detection of cellular damage by hydrogen peroxide using SV40-T2 cells on shear horizontal surface acoustic wave (SH-SAW) sensor

The rat lung epithelial cell line SV40-T2 was used to develop a cellular biosensing system to assay for environmental toxicants. The novel approach on which this system is based involves direct attachment of cultured rat or human cells onto a cell-adhesive matrix on the device through which shear horizontal surface acoustic waves (SH-SAW) are transmitted using 50 MHz SAW resonator. This novel design enables sensitive monitoring of changes of the electrophysical characteristics of cells, such as their conductivity and relative permittivity. A time-dependent change of phase of SAW and change of insertion loss (change of amplitude) were observed when the cells were treated with 0.5 or 1.0 mM H₂O₂. The change of insertion loss was biphasic, with an early phase (1–3 h) and a late phase (3–6 h). The late phase coincided with the destruction of cell–cell tight junctions detected by measurement of the transepithelial electrical resistance and paracellular permeability; in contrast, the early phase coincided with the destruction of intracellular actin filaments by H₂O₂. The early-phase effect of H₂O₂ on phase shift may be attributable to the change of intracellular permittivity by a change of cellular polarity. Immunofluorescence microscopy showed the disappearance of zonula occludens protein 1 from the region of cell–cell contact. These results suggest the correlation between the change of insertion loss as an SAW parameter and the destruction of tight junctions of the cells on the SH-SAW device in the late phase.     

The viscous effects on shear horizontal surface acoustic waves in semi-infinite superlattices

In this paper, by a semi-analytical method, the propagation characteristics of shear horizontal surface acoustic waves in semi-infinite superlattices containing viscous materials are investigated. The factors that influence the attenuation and phase velocity of the surface waves are analyzed in detail. The results may be useful for the design of acoustic wave devices.     

水声无源材料插入损失虚拟聚焦测量方法

提出了一种适合在有限尺寸水池中测量水声材料插入损失的方法,称为\     

基于AlN声表面波滤波传感器器件的有限元仿真

声表面波器件是一种利用压电材料的压电效应与逆压电效应工作电子器件, 文章首先详细描述了声表面波器件的设计与仿真过程,运用有限元分析的方法分别计算了利用声表面波的 SAW 器件与利用体波的 BAW 器件的性能与各项参数,对相关的器件进行了计算分析,分别用上述方法研究了基于 AlN 薄膜的声表面波器件和悬臂梁结构的体波器件,推导得出了器件的电学导纳与频率之间的关系, 通过分析器件的导纳-频率曲线,推导出器件内部声波的模式以及合适的工作频率,最终得出在 IDT 周期为 8 微米的情况下,SAW 器件的理想工作频率是 0.7-1.95GHz,BAW 器件的理想工作频率在 0.6-3.2GHz 的结果。     

Insertion loss of sound waves through composite acoustic window materials

This study evaluated the insertion loss of sound waves through composite acoustic window materials for sonar dome applications, and examined the influence of dome shape on the sonar performance. The insertion loss of sound waves through acoustic window materials was experimentally measured as a function of frequency at normal incidence. The insertion loss was also theoretically estimated with three- and four-medium layer models. The theoretical estimation of insertion loss showed good agreement with the experimental measurements. The insertion loss was also measured as a function of angle of incidence. The characteristics of longitudinal and converted shear waves were observed at various angles of incidence. This study will be useful to select acoustic window materials with the appropriate acoustic characteristics for practical sonar dome applications.     

水下声辐射激励水表面声波的特征参数测量

采用激光干涉方法对水下声辐射激励水表面声波的特征参数频率和振幅进行了测量研究。从理论上对水表面声波激光相干测量信号的频谱构成进行了分析,在此基础上提出了水表面声波两个重要声学参数频率和振幅的解算方法,并通过数值仿真进行了验证。搭建了一套简单的激光干涉测量实验系统,对不同频率和声压激励的水表面声波进行了测量实验,验证了水表面声波频率和振幅解调方法的准确性。对水表面声波横向传播的振幅衰减现象进行了初步的实验研究,结果表明水表面声波的频率越高,振幅的横向衰减越快。研究表明激光相干检测方法能够准确地实现水表面声波振幅和频率的测量。     

ZnO/Diamond/Si结构中声表面波传播特性分析

基于递归刚度矩阵方法, 建立了多层结构声表面波表面有效介电常数模型, 计算出了ZnO/Si结构声表面波的相速度频散特性, 与实验结果符合较好, 表明本文所建模型的准确性和有效性. 进一步计算得到了三层结构(ZnO/Diamond/Si)声表面波的相速度和机电耦合系数的频散规律, 获得此结构最优的高波速和高机电耦合系数组合及达到最优组合所需控制的变量, 为高频高性能声表面波器件设计和优化提供了有益参考. 关键词： 声表面波 多层结构 递归刚度矩阵 表面有效介电常数     

环形定子的激光致表面波机理及可视化探测研究

开展了用于新型激光驱动马达的环形定子的激光致表面波机理及实验研究. 提出一种带有凹槽阵列结构的环形定子新设计, 建立了激光在环形定子表面激发表面波的物理模型, 揭示了影响表面波幅值的关键因素; 采用一种新颖的激光致表面波可视化探测方法, 在波长1053 nm, 脉宽30 ns, 单脉冲能量1 mJ的激光激发下, 对表面波在铜质环形定子表面的传播特性进行了可视化探测实验. 理论与实验研究表明: 当激发光斑的位置紧邻凹槽阵列时, 沿着圆环向凹槽方向传播的表面波会被齿状凹槽阵列迅速衰减和吸收, 而沿着圆环向远离凹槽方向传播的表面波能够持续传递, 从而首次实现了激光致表面波在环形定子上的单向传播; 而对没有凹槽阵列结构的圆环进行的对比实验表明, 激光致表面波在圆环表面双向传播, 最终因相互混叠和串扰等而处于混乱状态. 由激光在该种环形定子表面激发出的单向表面波, 可望在光致表面波马达及驱动机构中获得应用. 关键词： 激光致表面波 环形定子 表面波可视化 激光驱动